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Cambio climático y extremos hidrometeorológicos: ejemplos para México

Cecilia Conde y Elda Luyando1 / Fanny LópezDíaz2 / Gabriel Balderas3

1 Centro de Ciencias de la Atmósfera, unam 2 Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático, semarnat 3 Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Cambio climático y riesgos hidrometeorológicos

Introducción Para el Panel Intergubernamental de Expertos en Cambio Climático (ipcc, por sus siglas en inglés, 2013), el cambio climático es la variación del estado del clima identificable (por ejemplo, mediante pruebas estadísticas) en las variaciones del valor medio y/o en la variabilidad de sus propiedades, que persiste durante largos periodos de tiempo, generalmente decenios o periodos más largos. Estos cambios pueden ser producto de acciones humanas o por cambios naturales. En contraste, la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (unfccc, por sus siglas en inglés; ipcc, 2013), en su artículo 1, define el cambio climático como «cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera global y que se suma a la variabilidad natural del clima observada durante periodos de tiempo comparables». Así, la convención centra su atención en los cambios en el clima por acciones humanas. Existe también la definición de «cambio climático asegurado», dado que los cambios en la composición atmosférica provocarán que el cambio en el clima continúe, hasta que los componentes del sistema climático se ajusten a un nuevo estado, aún en el supuesto de que las emisiones de los gases de efecto invernadero se estabilicen. Este cambio climático asegurado conlleva cambios en el ciclo hidrológico, en los fenómenos meteorológicos y climáticos extremos, y en el nivel del mar. En la definición de la convención, se incluye la palabra «atribución», lo que ha llevado al estudio de la detección y atribución de los cambios meteorológicos o climáticos por acciones humanas. En general, la atribución se define como el proceso de evaluación de las contribuciones relativas de varios factores casuales a un cambio o evento con una asignación de confianza estadística (Hegerl et al., 2007; Hegerl et al., 2010). En contraparte, la detección es el proceso de demostrar que el clima o un sistema afectado han cambiado en algún sentido estadístico, sin proporcionar una razón para tal cambio (Bindoff et al., 2013). Para definir un fenómeno meteorológico extremo, se utiliza la palabra «raro». Aunque las definiciones de raro son diversas, la rareza normal de un fenómeno meteorológico extremo sería igual o superior a los percentiles 10o o 90o de la estimación de la función de densidad de

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probabilidad observada. De hecho, la ocurrencia del valor que se denominará extremo está por encima (o por debajo) de un rango observado de valores posibles, que determinan posibles umbrales, a partir de los cuales los impactos posibles pueden ser severos. Así, se pueden definir los eventos extremos de acuerdo a su impacto, asociado a daños y pérdidas (Beniston y Stephenson, 2004). Existen eventos meteorológicos extremos y eventos climáticos extremos, los primeros se asocian con patrones meteorológicos cambiantes, por lo que su escala de tiempo es de menos de un día o hasta de algunas semanas. Un evento climático extremo se refiere a una escala de tiempo mayor, ya que puede ser la acumulación de eventos meteorológicos (extremos o no). Los cambios en el clima pueden conducir a cambios en la frecuencia, intensidad, extensión espacial y duración de los eventos extremos. Estadísticamente se puede relacionar con cambios en el promedio, la varianza, la forma de la distribución de probabilidad observada de una variable o la combinación de éstos (ipcc, 2012) (figura 1).

Variables: Temperatura, precipitación, vientos... Condiciones promedio: media

«medida de variabilidad»

Para estudio de IMPACTOS: UMBRALES CRÍTICOS de los sistemas bajo estudio

Eventos extremos

Figura 1. Esquema que ilustra los posibles cambios en las variables climáticas (temperatura, precipitación, vientos, etc.) por cambio en las condiciones «medias», y/o por cambio en las condiciones de las «colas» de la distribución (eventos extremos).

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En general, un evento extremo (meteorológico o climático), no sólo ocurre en una localidad, pero puede impactar una determinada área y durar un cierto periodo de tiempo, lo que se define como evento extremo regional (Ren et al., 2018). Desde 1950 y a escala global, se han observado cambios importantes en los eventos extremos de temperatura y precipitación (Hartmann et al., 2013; ipcc, 2012) (tabla 1). Tabla 1. Eventos extremos de temperatura y precipitación desde 1950 (Hartmann et al., 2013).

Evento y dirección de tendencia

Evaluación de los cambios ocurridos (normalmente desde 1950)

Evaluación de la contribución humana a los cambios observados

Días y noches frías más cálidas y/o menos numerosas en la mayoría de las zonas continentales.

Muy probable

Días y noches calurosas más cálidas y/o frecuentes en la mayoría de las zonas continentales.

Muy probable

Episodios cálidos/ olas de calor. Mayor frecuencia y/o duración en la mayoría de las zonas continentales.

Nivel de confianza medio a escala mundial. Probable en gran parte de Europa, Asia y Australia.

Probable. La atribución se basa en los estudios de caso disponibles.

Episodios de precipitación intensa. Mayor frecuencia, intensidad y/o cantidad de precipitación intensa.

Es probable que haya más zonas continentales con aumentos que con disminuciones. En la mayoría de los continentes, aunque existen muchas variaciones.

Nivel de confianza medio

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Tabla 1 (continuación). Eventos extremos de temperatura y precipitación desde 1950 (Hartmann et al., 2013).

Evento y dirección de tendencia

Evaluación de los cambios ocurridos (normalmente desde 1950)

Mayor intensidad y/o duración de la sequía.

Nivel de confianza bajo a escala mundial. Cambios probables en algunas regiones. Aumento en el Mediterráneo y en África occidental. Disminución en la zona central de América del Norte y el noroeste de Australia.

Nivel de confianza bajo

Mayor intensidad de actividad de los ciclones tropicales.

Nivel de confianza bajo respecto de cambios (centenarios) a largo plazo. Prácticamente seguro en el Atlántico Norte, desde 1970.

Nivel de confianza bajo

Evaluación de la contribución humana a los cambios observados

Hay que considerar que un incremento en la frecuencia y/o intensidad de eventos extremos podrían ocasionar un mayor impacto en sectores socioeconómicos y ambientales. Por tanto, es de suma importancia detectar cambios en este tipo de eventos. Sin embargo, cabe señalar que los eventos extremos no siempre están asociados a la ocurrencia de un desastre. Estos eventos pueden conducir a un desastre si la población se expone a tal evento y si esa exposición está acompañada de un alto nivel de vulnerabilidad (una predisposición para que exista alguna pérdida y un daño) (ipcc, 2012; Acosta, 2005). Uno de los principales métodos para la evaluación de los eventos climáticos extremos es por medio de la caracterización de índices, los cuales proporcionan información para determinar si existen cambios en los eventos extremos y, por tanto, si existe un cambio en el clima (Alexander et al., 2006). El equipo de expertos en índices y de-

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tección de cambio climático, etccdi (The Expert Team on Climate Change Detection and Indices), definió 27 índices base de temperatura y precipitación, los cuales pueden ser utilizados en una amplia variedad de climas. Cabe mencionar que los resultados obtenidos por diferentes investigaciones con los índices del etccdi se han incorporado en los reportes del ipcc, incluyendo el más reciente reporte especial sobre eventos extremos (ipcc, 2012). Los 27 índices pueden ser calculados con el programa RClimDex1.0 (http://etccdi.pacificclimate.org/software.shtml), el cual es de acceso libre y funciona en el ambiente R, fue desarrollado y es mantenido por Xuebin Zhang y Feng Yang del Departamento de Investigación Climática del Servicio Meteorológico de Canadá (Zhang y Yang, 2004).

Cambios proyectados El ipcc (2013) señala que los cambios proyectados globales para el caso de los eventos extremos en el contexto de cambio climático serían: •

• •

• • •

La región ártica se calentará más rápidamente que el resto del planeta, y el calentamiento sobre el continente sería mayor que el de los océanos. Es virtualmente cierto que habrá más eventos de días y estaciones calientes que los fríos. Es muy probable que las ondas de calor ocurrirán con mayor frecuencia y duración. Aun así, continuarán ocurriendo inviernos extremadamente fríos ocasionalmente. El contraste entre las regiones (y estaciones) húmedas y las regiones secas se acentuará, con ciertas excepciones regionales. Es probable el aumento en la intensidad y/o duración de la sequía de nivel regional a escala global. Es más probable que se presente el incremento en la actividad ciclónica tropical en el Noroeste del Pacífico y el Atlántico Norte.

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Para Norteamérica —incluyendo México— (Romero-Lankao et al., 2014), se muestra que las tendencias al calentamiento regional ya son observables, y que las proyecciones apuntan a un incremento de temperatura severo, particularmente para finales de siglo (figura 2). Para el caso de la precipitación, si bien los cambios regionales tienen tendencias diferentes, y no son tan confiables las proyecciones, para el caso de México los cambios pueden apuntar a disminuciones significativas (figura 3).

Figura 2. Tendencias observadas (1901-2012) en la temperatura anual, y proyectadas para dos horizontes de tiempo (mediados y finales de siglo) y para dos escenarios (RCP2.6 y RCP8.5) (RomeroLankao et al., 2014).

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Figura 3. Tendencias observadas (1951-2010) en la precipitación anual y proyectadas para dos horizontes de tiempo (mediados y finales de siglo) y para dos escenarios (RCP2.6 y RCP8.5) (Romero-Lankao et al., 2014).

En cuanto a los eventos climáticos extremos, en la figura 4 se muestran cambios severos para mediados de siglo en la temperatura extrema de verano y en la precipitación extrema. También se muestran el caso de veranos extremadamente secos y acumulación de nieve extremadamente baja en marzo.

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Norteamérica

Figura 4. a) Cambios en veranos extremadamente calientes, b) precipitaciones extremas, c) veranos extremadamente calientes, d) marzos con nieve extremadamente baja. Escenarios para dos horizontes de tiempo (mediados y finales de siglo) y para RCP8.5 (Romero-Lankao et al., 2014).

Estos índices fueron aplicados posteriormente (Schleussner et al., 2016), para escenarios de cambio climático considerando cambios en la temperatura global de 1.5 °C y 2.0 °C, siguiendo la petición

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surgida a raíz del Acuerdo de París (https://unfccc.int/files/meetings/ paris_nov_2015/application/pdf/paris_agreement_spanish_.pdf). Los impactos analizados entre un aumento en 1.5 °C y en contraste con 2.0 °C se analizaron para los casos de impactos de ondas de calor; reducción anual de la disponibilidad de agua; aumento en la intensidad de precipitaciones severas; aumento global del nivel del mar; fracción de los arrecifes coralinos en riesgo de blanqueamiento, y cambios en los rendimientos de cultivos a nivel global y en regiones tropicales, incluyendo el posible efecto fertilizante del CO2 atmosférico en esos rendimientos (figura 5).

Figura 5. Impactos diferenciados entre un aumento global de 1.5 °C y 2.0 °C (Schleussner et al., 2016).

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Estudios para México Para el caso de las temperaturas extremas (máxima y mínima) se tiene para México el estudio realizado por López-Díaz (2014), aplicando los índices del etccdi respectivos, en 18 regiones para México. Se emplearon tres índices (tabla 2), los cuales resultan de una combinación entre la definición de los índices de umbrales y los de percentiles. El umbral se estableció de acuerdo con la definición estadística de evento extremo, es decir, se calculó el 10o y 90o percentil de cada serie diaria de datos (Tmax y Tmin), siendo un valor fijo para cada estación analizada. Por lo que se obtuvo un valor umbral específico para cada una de las 18 regiones. Tabla 2. Índices de eventos climáticos extremos seleccionados. ID

Índice

Definición

DCn1

Días cálidos

Número de días en un año cuando Tmax diaria > n1

Días

NFn2

Noches frías

Número de días en un año cuando Tmin diaria < n2

Días

NCn3

Noches cálidas

Número de días en un año cuando Tmin diaria > n3

Días

Se muestra aquí el caso para días cálidos (DCn1; figura 6).

Unidad

Cambio climático y riesgos hidrometeorológicos

34 32 30 28

Latitud

26 24 22 20 18 16 14

Incremento Decremento NS No significativo

-115

-110

-105 -100 Longitud

-95

-90

Figura 6. Comportamiento de las tendencias anuales del índice de días cálidos (DC) para los 18 grupos en México. DCn1 muestra el umbral de Tmax para los días cálidos en cada grupo y, debajo de éste, el valor de la tendencia significativa, con un nivel de confianza del 95%. El sentido de los triángulos arriba/abajo indica tendencias de incremento/decremento y el tamaño ilustra su magnitud. NS expresa que no hubo cambios significativos en ese grupo (López-Díaz, 2014).

Esta metodología ha sido aplicada con éxito en varios estados, particularmente para Puebla (Montero et al., 2009). También se ha discutido y aplicado en talleres regionales de México, Centroamérica y el Caribe (Conde y López, 2016). El proceso de cambio climático proyectado intensificará la llamada isla de calor en las ciudades (Balderas-Romero, 2018), además de exacerbar los riesgos de olas de calor y frío y aumento de las lluvias torrenciales, propias de una atmósfera más caliente (Carter et al., 2015). En estudios previos (Tejeda et al., 2011), se han evaluado las condiciones actuales y proyectadas en el contexto de cambio climático de la isla de calor, y el posible aumento de demanda de energía en ciudades en México.

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Finalmente, es importante subrayar que hay eventos globales que afectan severamente a diferentes regiones en México. En estudios recientes (Conde et al., 2018) se muestra que el llamado «debilitamiento del vórtice polar» afectó a la agricultura en Puebla, dado que se presentaron las llamadas heladas negras y granizadas atípicas. Se tuvieron pérdidas importantes en la producción agrícola, aún en condiciones en las que los agricultores tienen riego y aplican prácticas para conservación y mejoramiento de suelos.

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